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Linux如何使用timerfd实现定时事件_Linuxtimerfd开发示例

舞夢輝影
发布: 2025-11-25 14:47:02
原创
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timerfd是Linux中基于文件描述符的定时器机制,可通过epoll等I/O多路复用监控,实现线程安全的异步定时任务。

linux如何使用timerfd实现定时事件_linuxtimerfd开发示例

在Linux系统中,timerfd 是一种基于文件描述符的定时器机制,它允许你将定时事件集成到事件循环中(如 epoll),非常适合用于异步I/O编程。相比传统的信号驱动定时器(如setitimer或alarm),timerfd 更易于管理且线程安全。

什么是 timerfd?

timerfd 是 Linux 提供的一种机制,通过创建一个文件描述符来表示一个定时器。当定时器超时时,该描述符变为可读状态,你可以从它读取到期次数。这使得它可以与 select、poll 或 epoll 等I/O多路复用机制结合使用。

主要相关系统调用包括:

  • timerfd_create():创建一个新的 timerfd 文件描述符。
  • timerfd_settime():设置定时器的超时时间和间隔。
  • timerfd_gettime():获取当前定时器设置。

基本使用步骤

下面是一个使用 timerfd 实现周期性定时任务的完整示例,每秒触发一次事件,并与 epoll 配合使用。

代码示例:每秒打印一次消息

#include <sys/timerfd.h>
#include <sys/epoll.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <stdint.h>

int main() {
    // 1. 创建 timerfd,使用 CLOCK_MONOTONIC 时钟
    int tfd = timerfd_create(CLOCK_MONOTONIC, 0);
    if (tfd == -1) {
        perror("timerfd_create");
        return 1;
    }

    // 2. 设置定时器:1秒后首次触发,之后每1秒触发一次
    struct itimerspec timer;
    timer.it_value.tv_sec = 1;      // 第一次超时时间
    timer.it_value.tv_nsec = 0;
    timer.it_interval.tv_sec = 1;   // 重复间隔
    timer.it_interval.tv_nsec = 0;

    if (timerfd_settime(tfd, 0, &timer, NULL) == -1) {
        perror("timerfd_settime");
        close(tfd);
        return 1;
    }

    // 3. 创建 epoll 实例并添加 timerfd
    int epfd = epoll_create1(0);
    if (epfd == -1) {
        perror("epoll_create1");
        close(tfd);
        return 1;
    }

    struct epoll_event ev, events[1];
    ev.events = EPOLLIN;
    ev.data.fd = tfd;
    if (epoll_ctl(epfd, EPOLL_CTL_ADD, tfd, &ev) == -1) {
        perror("epoll_ctl");
        close(tfd);
        close(epfd);
        return 1;
    }

    printf("等待定时器触发...\n");

    // 4. 主事件循环
    for (;;) {
        int n = epoll_wait(epfd, events, 1, -1); // 永久阻塞等待
        if (n > 0 && events[0].data.fd == tfd) {
            uint64_t expirations;
            ssize_t s = read(tfd, &expirations, sizeof(expirations));
            if (s != sizeof(expirations)) {
                fprintf(stderr, "read from timerfd failed\n");
                break;
            }
            printf("定时器触发,已过期 %lu 次\n", expirations);
        }
    }

    close(tfd);
    close(epfd);
    return 0;
}
登录后复制

编译和运行

将上述代码保存为 timerfd_example.c,然后使用以下命令编译:

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```bash gcc -o timerfd_example timerfd_example.c ```

运行程序:

```bash ./timerfd_example ```

输出类似:

等待定时器触发...
定时器触发,已过期 1 次
定时器触发,已过期 1 次
...
登录后复制

关键点说明

  • CLOCK_MONOTONIC 不受系统时间调整影响,推荐用于定时任务。
  • it_value 为0表示禁用定时器;非零则启动。
  • it_interval 决定是否周期性触发:若为0,则只触发一次。
  • 每次事件发生后必须 read timerfd,否则会持续报告就绪。
  • 读取的数据是 uint64_t 类型,表示自上次 read 以来的超时次数。

应用场景

timerfd 常用于:

  • 网络服务中的心跳检测
  • 定时清理缓存或连接
  • 事件驱动框架中的超时管理(如 Redis、Nginx 类似机制)
  • 替代 signal-based 定时器,避免信号处理复杂性

基本上就这些。使用 timerfd 可以写出更清晰、更安全的定时逻辑,尤其适合高并发服务器编程场景。

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